## ANALISIS  SISTEM  PROTEKSI  ARUS  LEBIH  PADA PENYULANG  CENDANA  GARDU  INDUK  BUNGARAN PALEMBANG
Abdul Azis 1 dan Irine Kartika Febrianti 2
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas PGRI Palembang Email: 1 azis@univpgri-palembang.ac.id , 2 irinekf@univpgri-palembang.ac.id
Abstrak Sistem  proteksi  merupakan  pengaman  listrik  pada  sistem  tenaga  listrik  yang  terpasang  pada sistem distribusi tenaga listrik, transformator tenaga, transmisi tenaga listrik dan generator listrik yang dipergunakan untuk mengamankan sistem tenaga listrik dari gangguan listrik atau beban lebih, dengan cara  memisahkan  bagian  sistem  tenaga  listrik  yang  terganggu.  Salah  satu sistem  proteksi  pada sistem tenaga  listrik  adalah  Relai  Arus  Lebih  merupakan  peralatan  yang  mensinyalir  adanya  arus  lebih,  baik yang  disebabkan  oleh  adanya  gangguan  hubung  singkat  yang  dapat  merusak  peralatan  sistem  tenaga listrik yang berada dalam wilayah proteksinya. Relai arus lebih ini digunakan hampir pada seluruh pola pengamanan  sistem  tenaga  listrik,  dan  dapat  juga  digunakan  sebagai  pengaman  utama  ataupun pengaman  cadangan.  Dari  hasil  penelitian  diperoleh  hasil  bahwa  besarnya  arus  gangguan  hubung singkat  dipengaruhi  oleh  jarak  titik  gangguan,  semakin  jauh  lokasi  gangguan  maka  arus  gangguan hubung  singkat  akan  semakin  kecil,  begitu  pula  sebaliknya.  Waktu  kerja  relai  di  sisi  penyulang  lebih cepat dibandingkan dengan waktu kerja di incoming dengan selisih  waktu rata-rata sebesar 0,55 detik. Hal  ini  disebabkan  lokasi  gangguan  mempengaruhi  besar  kecilnya  selisih  waktu.  Semakin  jauh  jarak lokasi gangguan, maka semakin besar selisih waktu kerja relai di incoming.
Kata Kunci: Proteksi, Arus Lebih, Relai
Abstract Protection  system  is  an  electric  safeguard  on  an  electric  power  system  that  is  installed  on  an electric  distribution  system,  a  power  transformer,  an  electric  power  transmission  and  an  electric generator  that  is  used  to  secure  the  electric  power  system  from  electrical  disturbances  or  overload,  by separating disrupted parts of the power system. One of the protection systems in an electric power system is  Overcurrent  Relays  are  equipment  that  indicates  an  overcurrent,  both  caused  by  a  short  circuit interruption  that  can  damage  the  electrical  power  system  equipment  that  is  in  its  protection  area.  This overcurrent relay is used in almost all security patterns of the electric power system, and can also be used as a main safety or backup security. From the research results obtained that the magnitude of the short- circuit fault current is affected by the distance of the point of disturbance, the farther the location of the fault, the short-circuit fault current will be smaller, and vice versa. Relay working time on the feeder side is faster than the incoming work time with an average time difference of 0,55 seconds. This is due to the location  of  the  disruption  affecting  the  size  of  the  difference  in  time.  The  farther  the  distance  of  the disturbance location, the greater the difference in relay working time at incoming.
Keywords: Protection, Overcurrent, Relay

## PENDAHULUAN
Sistem proteksi adalah suatu sistem  pengamanan terhadap peralatan listrik, yang diakibatkan adanya  gangguan  teknis,  gangguan  alam,  kesalahan  operasi,  dan  penyebab  yang  lainnya.  Sistem proteksi merupakan pengaman listrik pada sistem tenaga listrik yang terpasang pada sistem distribusi tenaga  listrik,  transformator  tenaga,  transmisi  tenaga  listrik  dan  generator  listrik  yang  dipergunakan untuk  mengamankan  sistem  tenaga  listrik  dari  gangguan  listrik  atau  beban  lebih,  dengan  cara memisahkan  bagian  sistem  tenaga  listrik  yang  terganggu.  Sehingga  sistem  kelistrikan  yang  tidak terganggu  dapat  terus  bekerja  (mengalirkan  arus  ke  beban  atau  konsumen).  Jadi  pada  hakekatnya pengaman  pada  sistem  tenaga  listrik  yaitu  mengamankan  seluruh  sistem  tenaga  listrik  supaya kehandalan tetap terjaga [1].
Gangguan  arus  lebih  ditandai  dengan  terjadinya  kenaikan  arus  pada  saluran  melebihi  arus beban  maksimum.  Arus  lebih  ini  sendiri  terbagi  menjadi  arus  beban  lebih  dan  arus  hubung  singkat.
Arus  beban  lebih  terjadi  akibat  penambahan  beban  yang  akan  menyebabkan  kenaikan  arus  melebihi arus  beban  maksimum.  Kenaikan  arus  ini  tidak  terlalu  besar  sehingga  sistem  masih  bisa  bertahan untuk  selang  waktu  yang  cukup  lama.  Sedangkan  arus  hubung  singkat  terjadi  akibat  penurunan kekuatan  dasar  isolasi  dari  sistem  tenaga.  Penurunan  kekuatan  isolasi  ini  dapat  terjadi  antar  saluran fase atau antara saluran fase dengan tanah. Akibatnya akan timbul arus yang jauh melebihi arus beban maksimum. Sistem tenaga tidak dapat bertahan lama apabila arus gangguan hubung singkat ini tidak segera diatasi. Salah satu peralatan yang  berfungsi untuk  memproteksi peralatan listrik terhadap arus lebih yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat adalah Relai Arus Lebih atau yang lebih dikenal dengan Over Current Relay (OCR). Relai Arus Lebih digunakan sebagai proteksi cadangan lokal pada proteksi penghantar, dan digunakan untuk  mengamankan penghantar dari gangguan fase-fase.  Untuk mengetahui  sistem  proteksi  arus  lebih  pada  sistem  distribusi  tenaga  listrik,  maka  akan  dilakukan penelitian  mengenai  Sistem  Proteksi  Arus  Lebih  Pada  Penyulang  Cendana  Gardu  Induk  Bungaran Palembang.

## TINJAUAN PUSTAKA

## Umum
Sistem proteksi adalah suatu sistem pengamanan terhadap peralatan listrik, yang diakibatkan adanya  gangguan  teknis,  gangguan  alam,  kesalahan  operasi,  dan  penyebab  yang  lainnya.  Sistem proteksi merupakan pengaman listrik pada sistem tenaga listrik yang terpasang pada sistem distribusi tenaga  listrik,  transformator  tenaga,  transmisi  tenaga  listrik  dan  generator  listrik  yang  dipergunakan untuk  mengamankan  sistem  tenaga  listrik  dari  gangguan  listrik  atau  beban  lebih,  dengan  cara memisahkan  bagian  sistem  tenaga  listrik  yang  terganggu.  Sehingga  sistem  kelistrikan  yang  tidak terganggu  dapat  terus  bekerja  (mengalirkan  arus  ke  beban  atau  konsumen).  Jadi  pada  hakekatnya pengaman  pada  sistem  tenaga  listrik  yaitu  mengamankan  seluruh  sistem  tenaga  listrik  supaya kehandalan tetap terjaga [1].
Sistem  proteksi  merupakan  suatu  cara  untuk  mencegah  atau  membatasi  kerusakan  peralatan tehadap  gangguan,  sehingga  kelangsungan  penyaluran  tenaga  listrik  dapat  dipertahankan.  Sistem proteksi  penyulang  tegangan  menengah  adalah  pengamanan  yang  terdapat  pada  sel-sel  tegangan menengah di Gardu Induk dan pengaman yang terdapat pada jaringan tegangan menengah. Penyulang tegangan  menengah  ialah  penyulang  tenaga  listrik  yang  berfungsi  untuk  mendistribusikan  tenaga listrik  tegangan  menengah  (6  kV  -  20  kV),  yang  terdiri  dari:  Saluran  Udara  Tegangan  Menengah (SUTM), dan Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM) [5].

## Ganguan Hubung Singkat
Gangguan  hubung  singkat  adalah  gangguan  yang  terjadi  karena  adanya  kesalahan  antara bagian-bagian  yang  bertegangan.  Gangguan  hubung  singkat  dapat  juga  terjadi  akibat  adanya  isolasi yang  tembus  atau  rusak  karena  tidak  tahan  terhadap  teganggan  lebih,  baik  yang  berasal  dari  dalam maupun  yang  berasal  dari  luar  (akibat  sambaran  petir).  Gangguan  hubung  singkat  dapat  terjadi  dua fase, tiga fase, satu fase ke tanah, dua fase ke tanah, atau 3 fase ke tanah. Gangguan hubung singkat ini sendiri  dapat  digolongkan  menjadi  dua  kelompok  yaitu  gangguan  hubung  singkat  simetri  dan gangguan hubung  singkat  tak  simetri  (asimetri).  Gangguan  yang  termasuk  dalam  hubung  singkat simetri  yaitu  gangguan  hubung  singkat  tiga  fase,  sedangkan  gangguan  yang  lainnya  merupakan gangguan  hubung  singkat  tak  simetri  (asimetri).  Gangguan  ini  akan  mengakibatkan  arus  lebih  pada fase  yang  terganggu  dan  juga  akan  dapat  mengakibatkan  kenaikan  tegangan  pada  fase  yang  tidak terganggu [3].
1. Gangguan Hubung Singkat 3 Fase
Gangguan  hubung  singkat  tiga  fasa  termasuk  dalam  klasifikasi  gangguan  simetris,  dimana  arus maupun  tegangan  stiap  fasanya  tetap  seimbang  setelah  gangguan  terjadi.  Sehingga  pada  sistem seperti ini dapat dianalisa hanya dengan menggunakan urutan positif saja.
2. Gangguan Hubung Singkat 2 Fase
Gangguan  hubung  singkat  dua  fasa  atau  yang  biasa  disebut  hubung  singkat  fasa  ke  fasa  adalah kondisi dimana antara fasa ke fasa saling terhubung singkat. Pada gangguan hubung singkat fasa ke  fasa,  arus  saluran  tidak  mengandung  komponen  urutan  nol  dikarenakan  tidak  ada  gangguan yang terhubung ke tanah.
3. Gangguan Hubung Singkat 1 Fase Ke Tanah
Gangguan  hubung  singkat  1  fase  ke  tanah  yang  sering  terjadi  pada  sistem  tenaga  listrik merupakan  gangguan  asimetris  sehingga  memerlukan  metode  komponen  simetris  untuk menganalisa tegangan dan arus pada saat terjadi gangguan. Gangguan yang terjadi dapat dianalisa dengan  menghubung-singkatkan  semua  sumber  tegangan  yang  ada  pada  sistem  dan  mengganti titik  (node)  gangguan  dengan  sebuah  sumber  tegangan  yang  besarnya  sama  dengan  tegangan sesaat sebelum terjadinya gangguan di titik gangguan tersebut. Dengan menggunakan metode ini sistem  tiga  fasa  tidak  seimbang  dapat  direpresentasikan  dengan  menggunakan  teori  komponen simetris  yaitu  berdasarkan  komponen  urutan  positif,  komponen  urutan  negatif,  dan  komponen urutan nol.

## Relai Arus Lebih
Relai  Arus  Lebih  atau  yang  lebih  dikenal  dengan Over  Current  Relay (OCR)  merupakan peralatan  yang  mensinyalir  adanya  arus  lebih,  baik  yang  disebabkan  oleh  adanya  gangguan  hubung singkat  atau overload yang  dapat  merusak  peralatan  sistem  tenaga  yang  berada  dalam  wilayah proteksinya.  Relai  Arus  Lebih  ini  digunakan  hampir  pada  seluruh  pola  pengamanan  sistem  tenaga listrik, dan relai ini dapat digunakan sebagai pengaman utama ataupun pengaman cadangan [5].

## Relai Gangguan Tanah
Relai  Gangguan  Ke  Tanah  atau Ground  Faulth  Relay (GFR)  pada  dasarnya  mempunyai prinsip kerja yang sama dengan relai arus lebih OCR ( Over Current Relay ) namun memiliki perbedaan dalam kegunaannya. Bila Relai Arus Lebih mendeteksi adanya hubung singkat antar fasa, maka Relai Gangguan Ke Tanah mendeteksi adanya hubung singkat ke tanah [5].

## METODE PENELITIAN
Sebelum  menentukan  arus  hubung  singkat,  maka  harus  ditentukan  terlebih  dahulu  rel  daya tegangan primer di gardu induk untuk berbagai jenis gangguan, kemudian menentukan pada titik-titik lainnya  yang  letaknya  semakin  jauh  dari  gardu  induk  tersebut.  Untuk  menentukan  arus  gangguan hubung  singkat,  pertama-tama  harus  ditentukan  terlebih  dahulu  besar  impedansi  sumber,  kedua menentukan impedansi transformator tenaga, ketiga menentukan impedansi impedansi penyulang.
Transformator Daya MVA T kV Primer / kV Sekunder Z T Bus Sisi Primer Bus Sisi Sekunder MVA SC
25 % 50 % 75 % 100 % 0 %
Panjang Penyulang (km)

## Menentukan Impedansi Sumber
Untuk  menentukan  impedansi  sumber  di  bus  sisi  sekunder,  maka  harus  ditentukan  terlebih dahulu impedansi sumber di bus sisi primer. Impedansi sumber di bus sisi primer ( (           )) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut [1]:
(           ) (           ) (           ) ( )
(1)
Arus  gangguan  hubung  singkat  yang  akan  dihitung  adalah  gangguan  hubung  singkat  di  sisi sekunder,  maka  impedansi  tersebut  harus  dikonversikan  dulu  ke  sisi  sekunder.  Untuk mengkonversikan  impedansi  yang  terletak  di  sisi  primer  ke  sisi  sekunder,  dapat  ditentukan  dengan menggunakan persamaan sebagai berikut [1]:
(             ) (             ) (             ) (           ) (           ) ( ) (2)

## Menentukan Impedansi Transformator
Untuk  menentukan  impedansi  suatu  transformator  yang  diambil  adalah  harga  reaktansinya, sedangkan tahanannya diabaikan karena harganya kecil. Maka impedansi transformator adalah [6]: 1. Menentukan  nilai  impedansi  transformator  pada  100  %  atau (     ) (     ) untuk transformator pada sisi sekunder, dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
(     ) (     ) (             ) ( ) (3) 2. Nilai  impedansi  transformator  urutan  positif  ( )  sama  dengan  nilai  impedansi transformator urutan negatif ( ), yaitu: ( ) (     ) ( ) (4)
3. Untuk  transformator  dengan  hubungan  belitan  YY  dan  tidak  mempunyai  belitan  delta  (  )  di dalamnya,  maka  untuk  menghitung  besarnya  impedansi  transformator  urutan  nol berkisar antara 9 s/d 14 . Dalam penelitian ini diambil nilai sebesar: ( ) (5)

## Menentukan Impedansi Penyulang
Nilai  impedansi  penyulang  tergantung  dari  besarnya  impedansi/km  (
)  dan panjang penyulang ( ) . Maka nilai impedansi penyulang adalah sebagai berikut [2]:
1. Impedansi penyulang urutan positif ( ) sama dengan impedansi penyulang urutan negatif ( ) ( ) ( ) (6) 2. Impedansi penyulang urutan nol ( ) ( ) ( ) (7)
Dari  gambar  1,  apabila  diasumsikan  titik  atau  lokasi  gangguan  hubung  singkat  terjadi  pada jarak 0 %, 25 %, 50 %, 75 %, 100 % dari panjang penyulang, maka nilai impedansi penyulang dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut [4]:

## Tabel 1. Impedansi Penyulang Berdasarkan Lokasi Gangguan
Panjang Penyulang (%) Impedansi Penyulang Urutan Positif dan Urutan Negatif ( = ) (  )
Impedansi Penyulang Urutan Nol ( ) (  ) (  ) (  ) (  ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) (    ) (    ) (    )

## Menentukan Impedansi Ekuivalen Jaringan
Perhitungan  yang  akan  dilakukan  di  sini  adalah  perhitungan  besarnya  nilai  impedansi ekuivalen positif, negatif dan nol dari titik gangguan sampai ke sumber. Karena dari sejak sumber ke titik  gangguan  impedansi  yang  terbentuk  adalah  tersambung  seri  maka  perhitungan dan dapat  langsung  dengan  cara  menjumlahkan  impedansi  tersebut,  sedangkan  untuk  perhitungan dimulai  dari  titik  gangguan  sampai  ke  transformator  tenaga  yang  netralnya  ditanahkan.  Impedansi ekuivalen jaringan dapat ditentukan hitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut [2]: 1. Impedansi ekuivalen urutan positif dan urutan negatif ( = ) (             ) (             ) ( ) (8) 2. Impedansi ekuivalen urutan nol ( ) ( ) (9)
Dari  gambar  1,  apabila  diasumsikan  titik  atau  lokasi  gangguan  hubung  singkat  terjadi  pada jarak 0 %, 25 %, 50 %, 75 %, 100 % dari panjang penyulang, maka nilai impedansi ekuivalen jaringan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut [4]:

## Tabel 2. Impedansi Ekuivalen Jaringan Berdasarkan Lokasi Gangguan
Panjang Penyulang (%) Impedansi Ekuivalen Jaringan Urutan Positif dan Urutan Negatif ( = ) (  ) Impedansi Penyulang Urutan Nol ( ) (  ) (  ) (  ) (  ) (  ) (  ) (   ) (  ) (   ) (   ) (   ) (   ) (  ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) (    ) (    ) (    ) (    ) (    )

## Menentukan Arus Gangguan Hubung Singkat
Perhitungan arus gangguan hubung singkat dapat dihitung dengan menggunakan rumus dasar, impedansi  ekivalen  mana  yang  dimasukkan  ke  dalam  rumus  dasar  tersebut  adalah  jenis  gangguan hubung  singkat tiga  fasa,  dua  fasa,  atau  satu fasa  ke  tanah.  Sehingga  formula  yang  digunakan  untuk perhitungan arus hubung singkat tiga fasa, dua fasa, dan satu fasa ke tanah berbeda.
1. Arus Gangguan Hubung Singkat 3 Fase
Arus  gangguan  hubung  singkat  3  fase  ( )  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan persamaan sebagai berikut [2]:
√ (10)
2. Arus Gangguan Hubung Singkat 2 Fase
Arus  gangguan  hubung  singkat  2  fase  ( )  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan
persamaan sebagai berikut [2]:
(11)
3. Arus Gangguan Hubung Singkat 1 Fase Ke Tanah
Arus  gangguan  hubung  singkat  1  fase  ke  tanah  (
)  dapat  ditentukan  dengan
menggunakan persamaan sebagai berikut [2]:
√ (12)
Dari  gambar  1,  apabila  diasumsikan  titik  atau  lokasi  gangguan  hubung  singkat  terjadi  pada jarak  0  %,  25  %,  50  %,  75  %,  100  %  dari  panjang  penyulang,  maka  arus  gangguan  hubung  singkat dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut [4]:

## Tabel 3. Arus Gangguan Hubung Singkat Berdasarkan Lokasi Gangguan
Lokasi Gangguan (%) Arus Gangguan Hubung Singkat (A) 3 fase ( ) 2 fase ( ) 1 fase ke tanah ( ) (  ) (  ) (  ) (  ) (  ) √ (  ) (  ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) √ (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) √ (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   ) (   )
√ (   ) (   ) (    ) (    ) (    ) (    )
(    )
√ (    ) (    )
Menentukan Setting Relai Arus Lebih Di Sisi Penyulang 20 kV
1. Setting Arus
Untuk setting relai  yang  terpasang  di  penyulang  dihitung  berdasarkan  arus  beban  maksimum. Untuk  relai inverse biasa  diset  sebesar  1,05  sampai  dengan  1,1  x  I maks ,  sedangkan  untuk  relai definite diset  sebesar  1,2  sampai  dengan  1,3  x  I maks .  Persyaratan  lain  yang  harus  dipenuhi  yaitu untuk  penyetelan  waktu  minimum  dari  relai  arus  lebih  (terutama  di  penyulang  tidak  lebih  kecil dari 0,3 detik). Keputusan ini diambil agar relai tidak sampai trip lagi akibat adanya arus inrush dari  transformator-transformator  distribusi  yang  sudah  tersambung  di  jaringan  distribusi,  pada saat PMT penyulang tersebut di masukan. Setting arus pada sisi primer transformator adalah [1]:
(      ) (13)
Nilai arus tersebut merupakan nilai setting pada sisi primer, sedangkan nilai yang akan disetkan pada  relai  adalah  nilai  sekundernya.  Oleh  karena  itu  dihitung  menggunakan  nilai  rasio transformator arus yang terpasang pada penyulang. Besarnya arus pada sisi sekunder adalah [1]:
(        ) (      )
(14)
2. Setting Waktu
Arus gangguan yang dipilih untuk menentukan besarnya setting TMS relay OCR sisi penyulang 20  kV  transformator  tenaga  yaitu  arus  gangguan  hubung  singkat  tiga  fasa  di  0%  panjang penyulang.  Waktu  kerja  paling  hilir  yang  ditetapkan  t  =  0,3  sekon  Keputusan  ini  diambil  agar relai  tidak  sampai  trip  lagi  akibat  adanya  arus  inrush  dari  transformator-transformator  distribusi yang  sudah  tersambung  di  jaringan  distribusi,  pada  saat  PMT  penyulang  tersebut  dimasukan. Maka setting waktu ( ) adalah sebagai berikut [1]:
(( ) ) (( (  ) (      ) ) ) (15)
Menentukan Setting Relai Arus Lebih Di Sisi Incoming 20 kV 1. Setting Arus
Berbeda  dengan  sisi  penyulang,  pada  sisi incoming 20  kV  diperlukan  nilai  arus  nominal  dalam menentukan setting relainya. Maka arus nominal transformator pada sisi 20 kV adalah [1]:
(     ) √ (16) Setting arus untuk Relai Arus Lebih, pada sisi primer adalah: (      ) (     ) (17) Maka setting arus untuk Relai Arus Lebih, pada sisi sekunder adalah:
(        ) (      ) (18)
2. Setting Waktu Kerja atau Time Multiplier Setting (TMS)
Arus gangguan yang dipilih untuk menentukan besarnya setting TMS relai arus lebih atau OCR sisi incoming 20  kV  transformator  tenaga  yaitu  arus  gangguan  hubung  singkat  3  fase  di  0  % panjang  penyulang.  Waktu  kerja incoming didapat  dengan  waktu  kerja  relai  disisi  hilir  +  0,4 detik.  Maka (         ) .  Setelah  diketahui  nilai  ketetapan  t  =  0,7 detik, maka nilai TMS dapat diketahui yaitu [1]:
(( ) ) (( (  ) (      ) ) ) (19)
Menentukan Setting Relai Gangguan Ke Tanah Di Sisi Penyulang 20 kV 1. Setting Arus
Untuk setting arus di penyulang menggunakan pedoman yaitu setting arus gangguan ke tanah di penyulang  diset  10  %  x  arus  gangguan  1  fase  ke  tanah  terkecil  di  penyulang  tersebut.  Hal  ini dilakukan  untuk  menampung  tahanan  busur.  Dimana  arus  gangguan  terkecil  terletak  di  lokasi gangguan 100% maka setting arus untuk Relai Gangguan Ke Tanah, pada sisi primer adalah [1]:
(      ) (    ) (20) Maka setting arus untuk Relai Gangguan Ke Tanah, pada sisi sekunder adalah:
(        ) (      ) (21)
2. Setting Waktu Kerja atau Time Multiplier Setting (TMS)
Arus gangguan yang dipilih untuk menentukan besarnya setting TMS Relai Gangguan Ke Tanah atau Ground Fault Relay (GFR) sisi penyulang 20 kV transformator tenaga yaitu arus gangguan hubung singkat 1 fase di 0 % panjang penyulang. Waktu kerja paling hilir yang ditetapkan t = 0,3 sekon, maka nilai TMS dapat diketahui yaitu [1]:
(( ) ) (( (  ) (      ) ) ) (22)
Menentukan Setting Relai Gangguan Ke Tanah Di Sisi Incoming 20 kV
1. Setting Arus
Agar Relai Gangguan Ke Tanah sisi incoming lebih peka atau cepat merasakan gangguan sesuai dengan sifatnya sebagai backup setelah relai sisi penyulang maka dalam  menentukan setting nya dibuat  lebih  kecil  yaitu  8  %  x  arus  gangguan  1  fase  ke  tanah  terkecil  yaitu  pada  lokasi  100%. Maka setting arus untuk Relai Gangguan Ke Tanah, pada sisi primer adalah:
(      ) (    ) (23) Maka setting arus untuk relai gangguan tanah, pada sisi sekunder adalah:
(        ) (      ) (24)
2. Setting Waktu Kerja atau Time Multiplier Setting (TMS)
Arus gangguan yang dipilih untuk menentukan besarnya setting TMS Relai Gangguan Ke Tanah atau GFR sisi incoming 20 kV transformator tenaga yaitu arus gangguan hubung singkat 3 fase di 0 % panjang penyulang. Waktu kerja incoming didapat dengan waktu kerja relai disisi hilir + 0,4 detik.  Maka (         ) .  Setelah  diketahui  nilai  ketetapan detik, maka nilai TMS dapat diketahui yaitu:
(( ) ) (( (  ) (      ) ) ) (25)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Gardu  Induk  Bungaran  Palembang  mempunyai  fungsi  menyalurkan  energi  listrik  ke konsumen  melalui  jaringan  distribusi  tegangan  menengah.  Untuk  melayani  kebutuhan  energi  listrik konsumen,  saat  ini Transformator  1,  30 MVA  70/20 kV  Gardu  Induk  Bungaran  Palembang  terdapat Penyulang  Cendana.  Energi  listrik  yang  disalurkan  melalui  pada  jaringan  distribusi  tegangan menengah  ke  konsumen  harus  mempunyai  mutu  dan  keandalan  yang  tinggi.  Akan  tetapi bagaimanapun  baiknya  suatu  sistem,  gangguan  tidak  bisa  sama  sekali  dihindarkan.  Gangguan  pada umumnya  berupa  gangguan  hubung  singkat  antar  fase  atau  fase  dengan  tanah.  Gangguan  hubung singkat semacam ini dapat menimbulkan arus yang besar dan dapat merusak peralatan listrik.
30 MVA 70 kV / 20 kV 12,262 % Bus Sisi Primer Bus Sisi Sekunder
270,45 MVA 1,4073 km 2,8145 km 4,2218 km 5,6290 km 0 km 5,6290 km

## Gambar 2. Representasi Penyulang Cendana

## Data Transformator
Data  Transformator  1,  30  MVA  70/20  kV  di  PT  PLN  (Persero)  Gardu  Induk  Bungaran Palembang adalah sebagai berikut:
- Merk :   Schneider - Type :   Micom P141 - Nominal Ratting MVA ( ) :   30 MVA - Frequency Hertz :   50 Hz - Tegangan Primer (             ) :   70 kV
- Tegangan Sekunder (               ) :   20 kV - Arus Primer ( ) :   247,4358 A - Arus Sekunder ( ) :   866,0254 A - Phasa :   3 Phasa - Impedance ( ) :   12,262 % - Vector Group :   YNyn0 - Tahanan Pentanahan ( )

## :   40 Ω

## Data Penyulang
Data  Penyulang  Cendana  pada  Transformator  1,  30  MVA  70/20  kV  di  PT  PLN  (Persero) Gardu Induk Bungaran Palembang adalah sebagai berikut:
- Jenis Pengantar :   AAAC 150 mm 2 - Panjang ( ) :  5,6290 km - Impedansi Urutan Positif ( )  :  0,2162 + j 0,3305 Ω/km - Impedansi Urutan Negatif ( )  :  0,2162 + j 0,3305 Ω/km - Impedansi Urutan Nol ( ) :  0,3631 + j 1,6180 Ω/km

## Perhitungan Impedansi Sumber
Daya  hubung  singkat  di  bus  sisi  primer  (
)  pada  Gardu  Induk  adalah
. Impedansi sumber di sisi primer (     ) dapat ditentukan dengan persamaan (1):
(     ) (     ) (     )
Kemudian impedansi sumber di sisi sekunder (     ) dapat ditentukan dengan persamaan (2):
(     ) (     ) (     ) (     ) (     )

## Perhitungan Impedansi Transformator
Impedansi  transformator  pada  100  %  atau (     ) (     ) untuk  transformator pada sisi sekunder, dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (3) sebagai berikut:
(     ) (     )
(     )
Maka  nilai  impedansi  transformator  urutan  positif  dan  nilai  impedansi  transformator  urutan  negatif ( ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (4):
( ) (     ) Kemudian  impedansi  transformator  urutan  nol
dapat  ditentukan  dengan  menggunakan persamaan (5) sebagai berikut:

## Perhitungan Impedansi Penyulang
Penyulang Cendana menggunakan jenis penghantar AAAC 150 mm 2 dengan panjang jaringan 5,6290  km.  Maka  nilai  impedansi  penyulang  urutan  positif  ( )  dan  impedansi  penyulang  urutan negatif ( ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (6) sebagai berikut: ( ) (                   ) Kemudian  nilai  impedansi  penyulang  urutan  nol  ( )  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan persamaan (7) sebagai berikut:
( ) (                  )
Dengan  demikian  nilai  impedansi  penyulang  urutan  positif  dan  urutan  negatif  ( )  serta impedansi  penyulang  urutan  nol ( )  untuk  lokasi  gangguan  dengan jarak  0  %,  25  %,  50 %,  75 % dan 100 % dari panjang penyulang, adalah:

## Tabel 4. Hasil Perhitungan Impedansi Penyulang Berdasarkan Lokasi Gangguan
Panjang Penyulang (  ) (  ) (%) (km)

## Perhitungan Impedansi Ekuivalen Jaringan
Impedansi  ekuivalen  jaringan  urutan  positif  dan  urutan  negatif  (
)  dapat
ditentukan dengan menggunakan persamaan (8) sebagai berikut:
(     ) ( ) (                 )
Kemudian  impedansi  ekuivalen  jaringan  urutan  nol  (
)  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan persamaan (9) sebagai berikut:
( ) (                 )
Dengan  demikian  nilai  impedansi  ekuivalen  penyulang  urutan  positif  dan  urutan  negatif  ( ) serta impedansi ekuivalen penyulang urutan  nol ( ) untuk lokasi gangguan dengan jarak 0 %, 25 %, 50 %, 75 % dan 100 % dari panjang penyulang, adalah:

## Tabel 5. Hasil Perhitungan Impedansi Ekuivalen Berdasarkan Lokasi Gangguan
Panjang Penyulang (  ) (  ) (%) (km)

## Sumber: Hasil Perhitungan

## Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat
1. Arus Gangguan Hubung Singkat 3 Fase
Arus gangguan hubung singkat 3 fase ( ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (10) sebagai berikut:
√ √
2. Arus Gangguan Hubung Singkat 2 Fase
Arus gangguan hubung singkat 2 fase ( ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (11) sebagai berikut:
( )
3. Arus Gangguan Hubung Singkat 1 fase ke tanah
Arus  gangguan  hubung  singkat  1  fase  ke  tanah  ( )  dapat  ditentukan  dengan menggunakan persamaan (12) sebagai berikut:
√ √ (               ) Dengan demikian nilai arus gangguan hubung singkat 3 fase ( ), 2 fase ( ), 1 fase ke
tanah (
) untuk lokasi gangguan dengan jarak 0 %, 25 %, 50 %, 75 % dan 100 % dari panjang penyulang, adalah:
Tabel 6. Hasil Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Berdasarkan Lokasi Gangguan
Lokasi Gangguan (A) (A) (A) (%) (km)

## Sumber: Hasil Perhitungan
Perhitungan Setting Relai Arus Lebih Di Sisi Penyulang 20 kV 1. Setting Arus
Setting arus  untuk  Relai  Arus  Lebih,  pada  sisi  primer  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan persamaan (13) sebagai berikut:

## (      )
Maka  besarnya  arus  pada  sisi  sekunder  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan  persamaan  (14) sebagai berikut:
(        ) (      )
2. Setting Waktu
Setting waktu ( ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (15) sebagai berikut:
(( (  ) (      ) ) ) (( ) ) Perhitungan Setting Relai Arus Lebih Di Sisi Incoming 20 kV 1. Setting Arus
Arus  nominal  transformator  pada  sisi  20  kV  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan  persamaan (16) sebagai berikut:
(     ) √ √
Setting arus  untuk  Relai  Arus  Lebih,  pada  sisi  primer  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan persamaan (17) sebagai berikut:
(      )
(     )
Maka setting arus  untuk  Relai  Arus  Lebih,  pada  sisi  sekunder  dapat  ditentukan  dengan menggunakan persamaan (18) sebagai berikut:
(        ) (      )

## 2. Setting Waktu
Setting waktu ( ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (19) sebagai berikut:
(( (  ) (      ) ) ) (( ) )
Menentukan Setting Relai Gangguan Ke Tanah Di Sisi Penyulang 20 kV 1. Setting Arus
Arus gangguan terkecil terletak di lokasi gangguan 100% maka setting arus untuk relai Gangguan Ke Tanah dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (20) sebagai berikut:
(      ) (    )
Maka setting arus untuk Relai Gangguan Ke Tanah, pada sisi sekunder dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (21) sebagai berikut:
(        ) (      )

## 2. Setting Waktu
Setting waktu ( ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (22) sebagai berikut:
(( (  ) (      ) ) ) (( ) )
Perhitungan Setting Relai Gangguan Ke Tanah Di Sisi Incoming 20 kV 1. Setting Arus
Setting arus  untuk  Relai  Gangguan  Ke  Tanah  pada  sisi  primer,  dapat  ditentukan  dengan menggunakan persamaan (23) sebagai berikut:
(      )
(    )
Maka setting arus untuk Relai Gangguan Ke Tanah, pada sisi sekunder dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (24) sebagai berikut:
(        ) (      )
2. Setting Waktu
Setting waktu ( ) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (25) sebagai berikut:
(( (  ) (      ) ) ) (( ) )
Tabel 7. Hasil Perhitungan Waktu Kerja Relai Untuk Gangguan Hubung Singkat
Berdasarkan Lokasi Gangguan Lokasi Gangguan Gangguan 3 Fase (detik) Gangguan 2 Fase (detik) Gangguan 1 Fase Ke Tanah (detik) (%) (Km) Relai Incoming Relai Penyulang Selisish Waktu Relai Incoming Relai Penyulang Selisish Waktu Relai Incoming Relai Penyulang Selisish Waktu 0 0,0000 0,7000 0,3000 0,4000 0,7809 0,3187 0,4623 0,7000 0,3000 0,4000 25 1,3768 0,7803 0,3185 0,4618 0,8819 0,3396 0,5423 0,7039 0,3018 0,4021 50 2,7535 0,8708 0,3374 0,5334 0,9988 0,3611 0,6378 0,7080 0,3037 0,4043 75 4,1303 0,9729 0,3565 0,6164 1,1351 0,3830 0,7521 0,7122 0,3057 0,4065 100 5,5070 1,0889 0,3759 0,7130 1,2957 0,4054 0,8903 0,7165 0,3078 0,4088
Sumber: Hasil Perhitungan

## KESIMPULAN
1. Besarnya  arus  gangguan  hubung  singkat  dipengaruhi  oleh  jarak  titik  gangguan,  semakin  jauh lokasi gangguan maka arus gangguan hubung singkat akan semakin kecil, begitu pula sebaliknya.
2. Waktu  kerja  relai  di  sisi  penyulang  lebih  cepat  dibandingkan  dengan  waktu  kerja  di incoming dengan  selisih  waktu  ( grading  time )  rata-rata  sebesar  0,55  detik.  Hal  ini  disebabkan  lokasi gangguan mempengaruhi besar kecilnya selisih waktu ( grading time ). Semakin jauh jarak lokasi gangguan, maka semakin besar selisih waktu kerja relai di incoming .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Anderson,  P.M.  1999. Power  System  Protection .  USA:  IEEE  Press  Power  Engineering  Series, John Wiley & Sons, Inc.
[2] Gonen. Turan. 2008. Electric Power Distribution System Engineering . 2nd Edition. Boca Raton: CRC Press Taylor & Francis Group
[3] Hewitson Leslie, Mark Brown, Ramesh Balakrishnan. 2004. Practical Power System Protection. 1st Edition. Netherlands: Newnes Publications.
[4] Kadarisman,  Pribadi.,  dan  Sarimun,  Wahyudi.  2012. Koordinasi  OCR  dan  GFR  Pada  Jaringan distribusi. Jakarta: PT PLN (Persero) Jasa Pendidikan dan Pelatihan.
[5] PT  PLN  (Persero)  P3B  Jawa  Bali.  2005. Modul  Pelatihan  Relai  OCR .  Jakarta:  Badan  Penerbit PLN.
[6] PT  PLN  (Persero).  2005 .  Perhitungan  Setting  Relai  Proteksi  Trafo  Tenaga .  Jakarta:  Pusat Pendidikan dan Pelatihan PLN.